Hyperspectral imaging of tree stems

Ensimmäisten kannettavien hyperspektristen kuvantavien spektrometrien myötä on noussut ainutlaatuinen mahdollisuus hankkia yksityiskohtaista tietoa metsän latvuselementtien, kuten puiden runkojen, spektriominaisuuksista. Puun rungon spektriominaisuuksia voidaan hyödyntää metsien kaukokartoituksessa, luonnon monimuotoisuuden kartoituksessa ja metsätalouden sovelluksissa. Kaukokartoituksessa tarvitaan tietoa auringonsäteilyn ja puun rungon välisistä fysikaalisista vuorovaikutuksista, jotta satelliiteilla ja lentokoneilla havaittuja metsien heijastussignaaleja voidaan tulkita tarkemmin. Luonnon monimuotoisuuden kartoituksessa ja metsätalouden sovelluksissa tietoa puun rungon spektriominaisuuksista voitaisiin käyttää puulajien luotettavaan tunnistamiseen. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli kehittää lähietäisyydeltä käytettävää kuvantavaa spektroskopiaa menetelmänä mitata puun rungon heijastussuhde laboratorio- ja kenttäolosuhteissa, tutkia puun rungon spektriominaisuuksia sekä arvioida puun rungon spektrien käyttöä puulajin tunnistamisessa. Tulokset osoittivat, että kuvantavalla spektroskopialla on potentiaalia toimia uudenlaisena informaatiolähteenä puun rungon spektriominaisuuksien tutkimuksessa laboratoriossa ja metsässä. Eri puulajien runkojen spektrit olivat muodoltaan samantyyppisiä näkyvällä ja lähi-infrapuna-alueella, mutta heijastussuhteen arvot vaihtelivat huomattavasti lajien sisällä ja välillä. Puiden runkojen heijastussuhteet olivat erittäin vaihtelevia ja anisotrooppisia luonteeltaan. Heijastussuhteen arvoihin vaikuttivat näytteen spatiaalinen sijainti puun rungossa sekä valaistus- ja katselugeometria. Suurimmat puulajien väliset erot rungon heijastussuhteissa olivat lähi-infrapuna-alueella. Vaihtelevia absorptiopiirteitä havaittiin noin 670–700 nm aallonpituusalueella. Puun rungon spektriominaisuudet toimivat hyvin puulajien tunnistamisessa, mutta niiden yhdistäminen hyperspektrikuvista saatuihin tekstuuriominaisuuksiin paransi tuloksia entisestään. Tulokset myös korostivat meteorologisten ja säteilyolosuhteiden huomioimisen tärkeyttä, jos puun runkojen hyperspektrikuvantamiseen ulkona hyödynnetään niin kutsuttua pushbroom-teknologiaa. Tämä väitöskirja antoi ainutlaatuisen näkökulman boreaalisen ja lauhkean vyöhykkeen puulajien rungon spektrisiin ominaisuuksiin ja auttoi ymmärtämään metsien spektrien monimuotoisuutta paremmin. Kannettava hyperspektrinen kuvantava spektrometri on lupaava uusi teknologia puulajien tunnistusmenetelmien kehittämiseen metsäteollisuuteen ja biodiversiteetin kartoitussovelluksiin.